JPH0936047A - 半導体処理装置のガス供給制御方法及び半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】反応容器内におけるガス速度分布を制御するこ
とにより、ウエハに均一に成膜し、また付着した堆積膜
をオーバーエッチングすることなく全面クリーニングで
きる半導体処理装置のガス供給制御方法を提供する。 【構成】反応管２に流す成膜ガス流量を固定し、成膜時
間の経過と共に、反応管２内の圧力を減少させながら成
膜ガス分圧を増加させる。これにより、最大成膜速度を
低下させることなく、その成膜速度が最大となる位置だ
けを上流側から下流側に向かって移動させることができ
成膜量を均一にすることができる。反応管２に流すクリ
ーニングガス流量を固定し、クリーニング時間の経過と
共に、反応管２内の圧力を減少させながらクリーニング
ガス分圧を増加させる。これにより、最大クリーニング
速度を低下させることなく、そのクリーニング速度が最
大となる位置だけを上流側から下流側に向かって移動さ
せることができ、オーバーエッチングで反応管２にダメ
ージを与えず全面クリーニングできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造プロセスに
おいてウエハに回路作成を行うために用いられる半導体
処理装置に係わり、特に、ウエハ表面への成膜を行うた
めに供給される成膜ガスや、反応容器壁面に付着堆積す
る反応生成物をクリーニングするために供給されるクリ
ーニングガス等を制御する、半導体処理装置のガス供給
制御方法及びこのガス供給制御方法を用いて成膜された
半導体素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の製造に用いる半導体
処理装置において、ウエハ表面に金属膜、金属シリサイ
ド膜、酸化膜、窒化膜、あるいは不純物などをドープし
たシリコン膜などの薄膜を形成する熱ＣＶＤ装置、ウエ
ハに単結晶層を成長させるエピタキシャル成長装置等
の、種々の真空処理装置が用いられている。これら装置
によるウエハの処理過程において、ウエハ表面上の膜厚
が不均一になったり、反応容器内に発生する反応生成物
等による微小塵埃がウエハ表面に付着したりすると、半
導体素子製造過程の歩留まりや装置稼働率低下の原因と
なっている。

【０００３】そこで、まず、ウエハへの成膜量の均一化
を図ることにより、ウエハに成膜する膜の膜厚を均一に
する公知技術として、例えば、以下の２つがある。

【０００４】温度分布に傾斜をつけるもの この方法は、縦型減圧気相成長装置において、成膜速度
が低下する排気側で反応容器内の温度を高く、かつガス
導入口側で低くするように、温度分布に傾斜をつけるこ
とにより、ウエハ間の膜厚の均一性を向上させるもので
ある。

【０００５】ガスの導入方向を切り替えるもの この方法は、例えば特開平４−３４３４１２号公報記載
のように、２系統のガス導入・排気管を設け、ガスの導
入方向を交互に切り替えることにより、膜厚の均一性の
向上を図るものである。

【０００６】一方、製造装置内の塵埃を適切に除去・排
除し（＝クリーニング）、反応容器内を常に清浄にして
おくことにより、ウエハ表面に付着する塵埃を低減する
公知技術としては、例えば、以下のものがある。

【０００７】特開平４−１５５８２７号公報 この公知技術は、希釈されたＣｌＦ₃を含むクリーニン
グガスを処理容器内に供給し、反応容器のエッチングを
抑えつつ、処理容器内に付着したＳｉ₃Ｎ₄系被膜を短時
間で効率良くかつ安全にクリーニングすることにより、
装置稼働率の大幅な向上を図るものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
知技術には、以下の課題がある。すなわち、一般に、成
膜時にウエハに形成される膜の厚さや特性は、反応容器
の温度やガス（原料ガス・反応生成物・中間体・ラジカ
ル等）の濃度に大きく依存するので、反応容器内で大き
な分布を持つ。公知技術及びにおいては、この点に
配慮されていないので、反応容器内の成膜厚さ分布をな
くし特性が均一な幕を成膜することが困難である。ま
た、これに加え、公知技術においては、成長温度の違
いによる膜質の相違が同一バッチ内で発生し、歩留まり
の低下をまねくという問題もある。そして公知技術に
おいても、ウエハへの成膜量を均一にするために成膜ガ
スの供給位置を切り替えるとき、反応容器内に堆積した
塵埃が舞い上がり、ガス輸送によってウエハへ付着する
可能性がある。

【０００９】一方、上記のような厚さ分布を持つ膜と同
様に、クリーニングガスによるクリーニング速度も、反
応容器の温度やガス（原料ガス・反応生成物・中間体・
ラジカル等）の濃度に大きく依存して反応容器内で大き
な分布を持つ。そして、公知技術はこの点に特に配慮
されず、単純にクリーニングガスを流すだけであるの
で、反応容器内の壁面堆積膜を均一にクリーニングする
ことができない。したがって、壁面堆積膜を全面クリー
ニングしようとすれば、必然的にオーバーエッチング
（＝反応容器の全壁面の堆積膜が除去されるまで、過剰
にエッチングするために、部分的に反応容器壁面がエッ
チングされる）を行わざるを得ない。このとき、公知技
術においては、反応容器（石英ガラス製）と堆積膜と
のエッチング速度に大きな差があるので、オーバーエッ
チングを実施しても、クリーニング時の反応容器に対す
るダメージは少ない。しかしながら、堆積膜が酸化膜系
の場合には、反応容器と堆積膜の組成・物性がほぼ同じ
でエッチング速度がほぼ同様の値を示すので、オーバー
エッチングを行うと、反応容器に対するダメージが非常
に大きくなり、圧力容器としての強度が低下するととも
に、成膜速度が変化するなど、成膜への影響が生ずる。

【００１０】本発明の第１の目的は、半導体処理装置の
反応容器内におけるガス分布を制御することができる半
導体処理装置のガス供給制御方法を提供することであ
る。本発明の第２の目的は、半導体処理装置の反応容器
内におけるガス分布を制御することにより、ウエハに均
一に成膜することができる半導体処理装置のガス供給制
御方法及び半導体素子を提供することである。本発明の
第３の目的は、半導体処理装置の反応容器内におけるガ
ス分布を制御することにより、反応容器内に付着した堆
積膜をオーバーエッチングすることなく全面クリーニン
グできる半導体処理装置のガス供給制御方法を提供する
ことである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記第１〜第３の目的を
達成するために、本発明によれば、反応容器の内部に収
納した半導体ウエハを加熱し、前記反応容器内にガスを
供給しながら排気することにより、前記半導体ウエハ表
面への成膜処理、及び前記反応容器内壁に付着堆積した
反応生成物のクリーニング処理のうちいずれか一方の処
理を行う半導体処理装置のガス供給制御方法において、
処理時間の経過に従って前記反応容器内ガス流れ方向に
おける反応速度の分布が変化するように、前記ガスを前
記反応容器内に供給することを特徴とする半導体処理装
置のガス供給制御方法が提供される。

【００１２】好ましくは、上記第１及び第３の目的を達
成するために、前記半導体処理装置のガス供給制御方法
において、前記反応容器内で行われる処理はクリーニン
グ処理であり、クリーニング時間の経過に従って前記反
応容器内ガス流れ方向におけるクリーニング速度の分布
が変化するように、クリーニングガスを前記反応容器内
に供給することを特徴とする半導体処理装置のガス供給
制御方法が提供される。

【００１３】さらに好ましくは、前記半導体処理装置の
ガス供給制御方法において、クリーニング時間の経過に
従って前記反応容器内における前記クリーニングガスの
平均流速を変化させることを特徴とする半導体処理装置
のガス供給制御方法が提供される。

【００１４】さらに好ましくは、前記半導体処理装置の
ガス供給制御方法において、前記クリーニングガスの流
量を一定に保持しつつ、クリーニング時間の経過に従っ
て前記反応容器内の圧力を変化させることにより、前記
クリーニングガスの平均流速を変化させることを特徴と
する半導体処理装置のガス供給制御方法が提供される。

【００１５】さらに好ましくは、前記半導体処理装置の
ガス供給制御方法において、クリーニング時間の経過に
従って、前記反応容器内の圧力を低下させるとともに前
記クリーニングガスの分圧を増加させることを特徴とす
る半導体処理装置のガス供給制御方法が提供される。

【００１６】また好ましくは、前記半導体処理装置のガ
ス供給制御方法において、前記反応容器内の圧力を一定
に保持しつつ、クリーニング時間の経過に従って前記ク
リーニングガスの流量を変化させることにより、前記ク
リーニングガスの平均流速を変化させることを特徴とす
る半導体処理装置のガス供給制御方法が提供される。

【００１７】さらに好ましくは、前記半導体処理装置の
ガス供給制御方法において、クリーニング時間の経過に
従って前記クリーニングガスの流量を増加させることを
特徴とする半導体処理装置のガス供給制御方法が提供さ
れる。

【００１８】また好ましくは、前記半導体処理装置のガ
ス供給制御方法において、クリーニング時間の経過に従
って、前記クリーニングガスを前記反応容器内に導入す
る導入位置を移動させることを特徴とする半導体処理装
置のガス供給制御方法が提供される。

【００１９】さらに好ましくは、前記半導体処理装置の
ガス供給制御方法において、クリーニング時間の経過に
従って、前記導入位置を、ガス流れ方向上流側から下流
側に向かって移動させることを特徴とする半導体処理装
置のガス供給制御方法が提供される。

【００２０】また好ましくは、上記第１及び第２の目的
を達成するために、前記半導体処理装置のガス供給制御
方法において、前記反応容器内で行われる処理は成膜処
理であり、成膜時間の経過に従って前記反応容器内ガス
流れ方向における成膜速度の分布が変化するように、成
膜ガスを前記反応容器内に供給することを特徴とする半
導体処理装置のガス供給制御方法が提供される。

【００２１】さらに好ましくは、前記半導体処理装置の
ガス供給制御方法において、成膜時間の経過に従って前
記反応容器内における前記成膜ガスの平均流速を変化さ
せることを特徴とする半導体処理装置のガス供給制御方
法が提供される。

【００２２】さらに好ましくは、前記半導体処理装置の
ガス供給制御方法において、前記成膜ガスの流量を一定
に保持しつつ、成膜時間の経過に従って前記反応容器内
の圧力を変化させることにより、前記成膜ガスの平均流
速を変化させることを特徴とする半導体処理装置のガス
供給制御方法が提供される。

【００２３】さらに好ましくは、前記半導体処理装置の
ガス供給制御方法において、成膜時間の経過に従って、
前記反応容器内の圧力を低下させるとともに前記成膜ガ
スの分圧を増加させることを特徴とする半導体処理装置
のガス供給制御方法が提供される。

【００２４】また好ましくは、前記半導体処理装置のガ
ス供給制御方法において、前記反応容器内の圧力を一定
に保持しつつ、成膜時間の経過に従って前記成膜ガスの
流量を変化させることにより、前記成膜ガスの平均流速
を変化させることを特徴とする半導体処理装置のガス供
給制御方法が提供される。

【００２５】さらに好ましくは、前記半導体処理装置の
ガス供給制御方法において、成膜時間の経過に従って前
記成膜ガスの流量を増加させることを特徴とする半導体
処理装置のガス供給制御方法が提供される。

【００２６】また好ましくは、前記半導体処理装置のガ
ス供給制御方法において、成膜時間の経過に従って、前
記成膜ガスを前記反応容器内に導入する導入位置を移動
させることを特徴とする半導体処理装置のガス供給制御
方法が提供される。

【００２７】さらに好ましくは、前記半導体処理装置の
ガス供給制御方法において、成膜時間の経過に従って、
前記導入位置を、ガス流れ方向上流側から下流側に向か
って移動させることを特徴とする半導体処理装置のガス
供給制御方法が提供される。

【００２８】また上記第１〜第３の目的を達成するため
に、本発明によれば、反応容器の内部に収納した半導体
ウエハを加熱し、前記反応容器内にガスを供給しながら
排気することにより、前記半導体ウエハ表面への成膜処
理、及び前記反応容器内壁に付着堆積した反応生成物の
クリーニング処理のうちいずれか一方の処理を行う半導
体処理装置のガス供給制御方法において、処理時間の経
過に従って前記反応容器内の反応速度が最大となる位置
が移動するように、前記ガスを前記反応容器内に供給す
ることを特徴とする半導体処理装置のガス供給制御方法
が提供される。

【００２９】また上記第１及び第２の目的を達成するた
めに、本発明によれば、ゲート電極配線のポリシリコン
膜、リンドープポリシリコン膜、層間絶縁のための酸化
膜・リンガラス膜、及びキャパシタ絶縁のためのＳｉ３
Ｎ₄膜のうち少なくとも１つの膜を備えた半導体素子に
おいて、前記少なくとも１つの膜を、請求項１０又は１
１記載の半導体処理装置のガス供給制御方法によって成
膜したことを特徴とする半導体素子が提供される。

【００３０】

【作用】一般に、半導体ウエハを加熱し、ガスを供給し
つつ排気して、表面への成膜処理又は反応容器内壁のク
リーニング処理を行う場合には、成膜速度やクリーニン
グ速度が反応容器温度・ガス濃度等に大きく依存し、反
応容器内である分布を持つ。すなわち例えば、ガス流量
を一定に保持した条件で、反応容器内を比較的高圧にし
た場合、ガス平均流速が比較的小さくなる。ここで、成
膜ガスは成膜反応・によってガス流れ方向に消費される
ことやクリーニングガスが熱分解し反応するためには一
定の時間を必要とすることから、この場合には、上流側
の反応速度が比較的速く、下流側の反応速度が比較的遅
くなるが提供される。逆に反応容器内を比較的低圧にし
てガス平均流速を比較的大きくした場合には、上流側の
反応速度が比較的遅く、下流側の反応速度が比較的速く
なるという反応速度分布を示す。同様に、反応容器内圧
力を一定に保持した条件で、ガス流量を比較的小さくす
ると、上流側の反応速度が比較的速く、下流側の反応速
度が比較的遅くなる。逆にガス流量を比較的大きくする
と、上流側の反応速度が比較的遅く、下流側の反応速度
が比較的速くなるという反応速度分布を示す。ここにお
いて、本発明においては、クリーニング時間・成膜時間
の経過に従ってクリーニングガス・成膜ガスの平均流速
を変化させることで、反応容器内ガス流れ方向における
反応速度分布を変化させる。すなわち、クリーニング・
成膜をガス流れ方向全域にわたって均一に行わせたい場
合には、例えば、クリーニングガス・成膜ガスの流量を
一定に保持しつつ、クリーニング時間・成膜時間の経過
に従って反応容器内の圧力を低下させたり、反応容器内
の圧力を一定に保持しつつ、クリーニング時間・成膜時
間の経過に従ってクリーニングガス・成膜ガスの流量を
増加させる。これらにより、クリーニング速度・成膜速
度が最大となる位置を、流れ方向上流側から下流側へ向
かって移動させることができるので、全域にわたってま
んべんなく成膜・クリーニングを行うことができる。な
お、さらにクリーニングに関し、局所的に不均一に反応
生成物が堆積している反応容器内壁をクリーニングする
場合等においては、上記したような反応速度分布を利用
し、反応生成物が厚く付着している部分のクリーニング
速度が大きくなるようにクリーニングガスを供給してや
ればよい。すなわち例えば、上流側に厚く付着している
場合には、クリーニングガス流量を一定に保持して反応
容器内を比較的高圧にするか、反応容器内圧力を一定に
保持してクリーニングガス流量を比較的小さくすればよ
い。このようにすることにより、堆積膜の厚さに応じた
クリーニングを行えるので、オーバーエッチングを行う
ことなく、低ダメージで反応容器内壁を全面クリーニン
グすることができる。

【００３１】一方、本発明においてはまた、クリーニン
グ時間・成膜時間の経過に従って、クリーニングガス・
成膜ガスを反応容器内に導入する位置を移動させる。す
なわち、クリーニング・成膜を、ガス流れ方向全域にわ
たって均一に行わせたい場合には、反応容器内への導入
位置を、例えば、ガス流れ方向上流側から下流側に向か
って移動させる。これにより、クリーニング速度・成膜
速度が最大となる位置を、流れ方向上流側から下流側へ
向かって移動させることができるので、全域にわたって
まんべんなくクリーニング・成膜を行うことができる。
なお、さらにクリーニングに関しては、局所的に不均一
に反応生成物が堆積している反応容器内壁をクリーニン
グする場合には、反応生成物が厚く付着している部分を
中心にクリーニングガスを導入してやればよい。すなわ
ち例えば、上流側に厚く付着している場合には、クリー
ニングガスの導入位置を移動させるときに、上流側のそ
の部分でしばらくの時間停止させたり、あるいは移動速
度を他の部分よりも遅くすればよい。このようにして、
堆積膜の厚さに応じたクリーニングを行えるので、オー
バーエッチングを行うことなく、低ダメージで反応容器
内壁を全面クリーニングすることができる。

【００３２】また、クリーニングガスの流量を一定に保
持しつつ、クリーニング時間の経過に従って、反応容器
内の圧力を低下させるとともにクリーニングガスの分圧
を増加させることにより、反応容器内の圧力低下でクリ
ーニングガス分圧が低下しクリーニング速度の絶対値が
低下するのを防止することができる。すなわち、最大ク
リーニング速度を低下させることなく、その最大位置だ
けを流れ方向に移動させることができる。また、反応容
器内の圧力を一定に保持しつつ、クリーニング時間の経
過に従ってクリーニングガスの流量を増加させることに
より、この場合、クリーニングガスの分圧が変化しない
ので、クリーニングガスの分圧を低下させることなくク
リーニングすることができる。よって、クリーニング速
度の絶対値が低下するのを防止するので、最大クリーニ
ング速度を低下させることなく、その最大位置だけを流
れ方向に移動させることができる。また、クリーニング
時間の経過に従って、クリーニングガスを反応容器内に
導入する導入位置を、ガス流れ方向上流側から下流側に
向かって移動させることにより、堆積膜がクリーニング
された反応容器壁面をクリーニングガスが流れることが
なく、ダメージを確実に低減できる。

【００３３】また、成膜ガスの流量を一定に保持しつ
つ、成膜時間の経過に従って、前記反応容器内の圧力を
低下させるとともに前記成膜ガスの分圧を増加させるこ
とにより、反応容器内の圧力低下で成膜ガス分圧が低下
し成膜速度の絶対値が低下するのを防止することができ
る。よってすなわち、最大成膜速度を低下させることな
く、その最大位置だけを移動させることができる。ま
た、反応容器内の圧力を一定に保持しつつ、成膜時間の
経過に従って前記成膜ガスの流量を増加させることによ
り、この場合、成膜ガスの分圧が変化しないので、成膜
ガスの分圧を低下させることなく成膜することができ
る。よってすなわち、成膜速度の絶対値が低下するのを
防止するので、最大成膜速度を低下させることなく、そ
の最大位置だけを移動させることができる。また、成膜
時間の経過に従って、成膜ガスを反応容器内に導入する
導入位置を、ガス流れ方向上流側から下流側に向かって
移動させることにより、成膜された反応容器壁面を成膜
ガスが流れることがなく、成膜不均一を確実に防止でき
る。

【００３４】

【実施例】本発明の実施例を図１〜図１９を用いて説明
する。本発明の第１の実施例を図１〜図６により説明す
る。本実施例は、熱ＣＶＤ装置の一種であるホットウォ
ール式枚葉ＣＶＤ装置で行われる成膜・クリーニング手
順における、ガス供給制御方法の実施例である。本実施
例によるガス供給制御方法が適用されるホットウォール
式ＣＶＤ装置を図１及び図２に示す。図１は、ＣＶＤ装
置の要部である加熱炉の水平断面図であり、図２は、図
１に示された加熱炉の側断面図である。図１及び図２に
おいて、ＣＶＤ装置１００は、軸線をほぼ水平にして配
置され、両端が開放されている偏平な反応管２と、その
反応管２の内部にほぼ水平に上下２層に配置された矩形
の支持板８と、その反応管２の上下に反応管２を挟んで
対向して配置され、加熱炉を形成する平板状のヒータ１
と、ウエハ３を均一に加熱するためにヒータ１のすぐ内
側に取り付けられたＳｉＣ板６と、反応管２の両端に結
合されたフランジ９ａ，９ｂと、そのフランジ９ａ，９
ｂの肉厚内においてフランジ９ａ，ｂの中心から反応管
２の軸線と垂直方向上方に向かって形成されたガス供給
口４ａ，４ｂと、これらガス供給口４ａ，４ｂと同様に
フランジ９ａ，９ｂの中心から下方に向かって形成され
た排気口５ａ，５ｂと、ヒータ１の外側に設けられた断
熱材７と、フランジ９ａ，９ｂの外側に結合されそのフ
ランジ９ａ，９ｂの中心開口に当面するゲートバルブ１
０ａ，１０ｂ等により構成されている。

【００３５】ヒータ１は、複数に分割され、ウエハ３の
温度分布が均一になる様に、各々の発熱量が調整され
る。そしてヒータ１の外側に設けられた断熱材７で、周
囲への放熱を減らし、消費電力を低減できるように配慮
されている。支持板８は、フォーク１４（後述）が動く
領域を切り欠いてある。また支持板８は上下２段に設け
られており、各支持板８にそれぞれ１枚のウエハ３が載
置されるようになっている。これによってウエハ３が１
枚あるいは２枚同時に処理される。

【００３６】（Ｉ）成膜処理 次に、このようなＣＶＤ装置１００において行われる成
膜処理手順について説明する。まず、一方のゲートバル
ブ１０ａを開放した状態で、フォーク１４に載せられた
ウエハ３が、ゲートバルブ１０ａを介して反応管２の内
部に水平状態で挿入される。挿入されたウエハ３をフォ
ーク１４から支持板８に移し替えた後、フォーク１４を
引き抜いてゲートバルブ１０ａを閉める。

【００３７】次に、載置されたウエハ３をヒータ１によ
り加熱しつつ、同時にガス供給口４ａ（又は４ｂ）から
成膜ガスを供給し排気口５ｂ（又は５ａ）から排気す
る。これにより、成膜ガスがウエハ３の表面にほぼ平行
に黒矢印（又は白矢印）のように流れ、ウエハ３の表面
に熱反応により膜を形成したり、エピタキシャル成長
（これも広い意味では成膜に含まれる。以下適宜、「成
膜」「膜」というときはこのエピタキシャル成長も含
む）を行う。上記の成膜処理が終了したら、ゲートバル
ブ１０ａを開放して、ゲートバルブ１０ａを介し再びフ
ォーク１４を反応管２の内部に挿入し、ウエハ３を支持
板８からフォーク１４に移し替える。そして、フォーク
１４を引き抜いてウエハ３を反応管２から取り出す。

【００３８】以上のような成膜手順において行われる本
実施例のガス供給制御方法は、ガス供給口４ａ（又は４
ｂ）からの成膜ガスの供給に対して適用されるものであ
り、成膜速度の成膜ガス流れ方向への分布によるウエハ
３への成膜量不均一を防止するものである。以下、その
詳細を説明する。まず、成膜速度が成膜ガス流れ方向に
分布をもつ原理について説明する。例えば、いま、上記
成膜手順において、成膜ガスの流量を一定に保持した条
件で、反応管２内の圧力を比較的高圧にすると、反応管
２内の平均流速は比較的小さくなる。このとき、成膜ガ
スは成膜反応によってガス流れ方向に消費されることか
ら、成膜ガス流れ方向上流側の成膜速度が比較的速く、
下流側の成膜速度は比較的遅くなる。逆に反応管２内の
圧力が比較的低くなって平均流速が比較的大きくなる
と、下流側の成膜速度が速くなる。

【００３９】したがって、上記の原理より以下のことが
考察される。すなわち、成膜ガスの流量を一定に保持
しつつ反応管２内の圧力を変化させて成膜ガスの流速を
変えることにより、成膜ガスの流れ方向の成膜速度分布
を制御できる。ただし、反応管２の圧力を低下させると
成膜ガスの分圧も低下し成膜速度の絶対値も低下するの
で、その分の補償が必要となる。これに対し、上記よ
り、反応管２内の圧力を一定に保持しつつ成膜ガスの
流量を変化させても、成膜ガスの流速を変えられること
が容易に考えられる。そしてこの場合、成膜ガスの分圧
は変化しないので、成膜速度の絶対値が低下することは
ない。なお、本願発明者等は、特に図示しないが、反
応管２内の圧力を固定して成膜ガスの分圧を変化させた
場合であっても、成膜速度の成膜ガス流れ方向の分布が
変化しないことを確認した。

【００４０】次に、上記〜に基づく、本実施例の要
部の１つである成膜手順におけるガス供給制御方法を以
下に説明する。 (1-1)成膜ガス流量を一定に保持する場合のガス供給制
御方法 反応管２に流す成膜ガス流量を一定に保持する場合に
は、上記及びに基づき、図３に示すように、成膜時
間の経過と共に、反応管２内の圧力を減少させながら、
成膜ガス分圧を増加させる。このようにすることによ
り、最大成膜速度を低下させることなく、その成膜速度
が最大となる位置だけを、ウエハ３の成膜ガスの流れ方
向上流側から下流側に向かって移動させることができ
る。したがって、ウエハ３への成膜量を成膜ガスの流れ
方向に均一にすることができる。なお、図３では、反応
管２内の圧力と成膜ガス分圧とを直線的に変化させた
が、これに限られず、図４に示すようにこれらをステッ
プ状に変化させても良いし、また特に図示しないが、曲
線状に変化させても良い。また、ここでは、反応管２内
の圧力を減少させるとともに、成膜ガス分圧を増加させ
たが、この逆、つまり、反応管２内の圧力を増加させる
とともに、成膜ガス分圧を低下させても良い。これらの
場合も、同様の効果を得ることができる。

【００４１】(1-2)反応管２内の圧力を一定に保持する
場合のガス供給制御方法 反応管２内の圧力を一定に保持する場合には、上記に
基づき、図５に示すように、成膜時間の経過と共に、成
膜ガスの流量を増加させる。このとき成膜ガスの分圧を
変化させる必要はない。このようにすることにより、最
大成膜速度を低下させることなく、その成膜速度が最大
となる位置だけを、ウエハ３の成膜ガスの流れ方向上流
側から下流側に向かって移動させることができる。した
がって、ウエハ３への成膜量を成膜ガスの流れ方向に均
一にすることができる。なお、図５では、成膜ガス流量
を直線的に変化させたが、これに限られず、特に図示し
ないが、成膜ガス流量をステップ状・曲線状に増加させ
ても良い。またここでは、成膜ガス流量を増加させた
が、逆に減少させても良い。これらの場合も、同様の効
果を得る。

【００４２】（II）クリーニング処理 以上（Ｉ）で説明したようなウエハ３への成膜処理を繰
り返すと、反応管２の内壁面には、図６に示すように、
ウエハ３の表面に成膜された膜と同種の膜が堆積し壁面
堆積膜１１を生成する。そして、この壁面堆積膜１１が
ある厚み以上になると、剥がれ落ちてウエハ３の表面に
付着して異物となり、歩留まりや装置稼働率の低下を招
く恐れがある。これを防止するために、適宜、壁面堆積
膜１１のクリーニングを行う。ＣＶＤ装置１００におい
て行われるこのクリーニング手順について再び図２を参
照し説明する。図２において（但しこのときウエハ３は
既に取り外されている）、まず、ガス供給口４ａ（又は
４ｂ）からクリーニングガス（若しくはクリーニングガ
ス＋キャリアガス）を供給し排気口５ｂ（又は５ａ）か
ら排気する。これにより、ガスが反応管２内を黒矢印
（又は白矢印）のように流れ、反応管２の壁面の壁面堆
積膜１１をガス熱反応エッチングによってクリーニング
する。

【００４３】以上のようなクリーニング手順において行
われる本実施例のガス供給制御方法は、ガス供給口４ａ
（又は４ｂ）から供給されるクリーニングガスに対して
適用されるものであり、クリーニング速度のクリーニン
グガス流れ方向の分布をなくし、不均一なクリーニング
を防止するものである。以下、その詳細を説明する。ま
ず、クリーニング速度がクリーニングガス流れ方向に分
布を持つ原理について説明する。すなわち、上記クリー
ニング手順において、クリーニングガス流量・反応管２
内の圧力・クリーニングガス分圧をすべて一定にした場
合を考えると、反応管２内において特定の領域のクリー
ニング速度が相対的に速くなったり遅くなったりする。
このことを具体的に以下に示す。クリーニングガスの流
量を一定に保持した条件で反応管２内の圧力を変化させ
た場合の、クリーニングガス流れ方向のクリーニング速
度の実験結果を図７に示す。この実験は、反応管２から
フォーク１４及びウエハ３を取り去り、クリーニングガ
ス流量を１５００ｓｃｃｍ（Standard Cubic Centimete
r per Minute：０℃、１気圧における流量(cc/分)）に
保持しつつクリーニングガス圧力６５Ｐａ〜３５０Ｐａ
まで変化させ、ウエハ３（全長１８０ｍｍ）の設置箇所
に相当する位置（ウエハ３の上流側端を基準としたガス
流れ方向０ｍｍ，３０ｍｍ，６０ｍｍ，９０ｍｍ，１２
０ｍｍ，１５０ｍｍ，１８０ｍｍの位置）におけるクリ
ーニング速度の測定を行ったものである。このクリーニ
ング速度の測定は、被クリーニング膜が付着した試料を
前記した所定位置に設置してクリーニングを行い、クリ
ーニング後に試料を取り出して膜厚測定器で膜厚減少量
を計測することによって行った。図７に示されるよう
に、クリーニングガスの流量を一定に保持した条件で、
反応管内２の圧力を比較的高圧にすると、反応管２内の
平均流速が比較的小さくなる。このとき、クリーニング
ガスが熱分解しエッチング反応するためには、一定の時
間を必要とすることから、クリーニングガス流れ上流側
のクリーニング速度が比較的速く、下流側のクリーニン
グ速度は比較的遅くなる。逆に反応管２内の圧力が比較
的低くなって平均流速が比較的大きくなると、下流側の
クリーニング速度が速くなる。

【００４４】従来は、上記のような傾向が考慮されてお
らず、クリーニング速度の分布を持ったままでクリーニ
ングを行っていたので、反応管２の全壁面の壁面堆積膜
をクリーニングするためには、オーバーエッチングを行
わざるを得なかった。これにより、反応管２に大きなク
リーニングダメージが発生し、反応管２の圧力容器とし
ての強度が低下したり、ウエハ３への成膜の均一性や成
膜速度への悪影響が発生していた。

【００４５】そこで、これらを防止する観点から、図７
の結果を基に、以下のことが考察される。すなわち、
クリーニングガスの流量を一定に保持しつつ反応管２内
の圧力を変化させてクリーニングガスの流速を変化させ
ることにより、クリーニングガスの流れ方向のクリーニ
ング速度分布を制御できる。ただしこの場合、反応管２
内の圧力を低下させるとクリーニングガスの分圧も低下
しクリーニング速度の絶対値が低下するので、その分の
補償が必要となる。これに対し、上記より、反応管
２内の圧力を一定に保持しつつクリーニングガスの流量
を変化させても、クリーニングガスの流速を変えられる
ことが容易に考えられる。そしてこの場合、クリーニン
グガスの分圧は変化しないので、クリーニング速度の絶
対値が低下することはない。

【００４６】ここで、本願発明者等がクリーニングガス
の分圧がクリーニング速度に与える影響を調べるために
行った実験結果を図８に示す。この実験は、図７の実験
同様、反応管２からフォーク１４及びウエハ３を取り去
り、反応管２内の圧力を固定しつつクリーニングガスの
分圧を１７Ｐａ,３３Ｐａ,５０Ｐａに変化させた場合
の、ウエハ３（全長１８０ｍｍ）の設置箇所に相当する
位置（ウエハ３の上流側端を基準としたガス流れ方向０
ｍｍ，３０ｍｍ，６０ｍｍ，９０ｍｍ，１２０ｍｍ，１
５０ｍｍ，１８０ｍｍの位置）におけるクリーニング速
度の測定を行ったものである。このクリーニング速度の
測定は、図７に示したものと同様、被クリーニング膜が
付着した試料を前記した所定位置に設置してクリーニン
グを行い、クリーニング後に試料を取り出して膜厚測定
器で膜厚減少量を計測することによって行ったものであ
る。図８に示されるように、クリーニングガス分圧が１
７Ｐａ,３３Ｐａ,５０Ｐａのいずれの場合でも、６０ｍ
ｍ位置付近のクリーニング速度がほぼ平均値となり、
０，３０ｍｍ位置はそれよりもクリーニング速度が低
く、また９０，１２０，１５０，１８０ｍｍ位置は平均
よりもクリーニング速度が高く、クリーニング速度分布
がほぼ同様の傾向を示している。

【００４７】よって、上記の結果より、反応管２内の
圧力を固定してクリーニングガスの分圧を変化させた場
合であっても、クリーニング速度のクリーニングガス流
れ方向の分布がほとんど変化しないことが分かる。

【００４８】次に、上記〜に基づく、本実施例の要
部の１つであるクリーニング手順におけるガス供給制御
方法を以下に説明する。 (1-3)クリーニングガス流量を一定に保持する場合のガ
ス供給制御方法 反応管２に流すクリーニングガス流量を一定に保持する
場合には、上記及びに基づき、図９に示すように、
クリーニング時間の経過と共に、反応管２内の圧力を減
少させながら、クリーニングガス分圧を増加させる。こ
のようにすることにより、最大クリーニング速度を低下
させることなく、そのクリーニング速度が最大となる位
置だけを、反応管２のクリーニングガスの流れ方向上流
側から下流側に向かって移動させることができる。した
がって、オーバーエッチングで反応管２にダメージを与
えることなく、反応管２内の壁面堆積膜１１を全面的に
クリーニングすることができる。なお、図９では、反応
管２内の圧力とクリーニングガス分圧とを直線的に変化
させたが、これに限られず、図１０に示すようにこれら
をステップ状に変化させても良いし、また特に図示しな
いが、曲線状に変化させても良い。また、ここでは、反
応管２内の圧力を減少させるとともに、クリーニングガ
ス分圧を増加させたが、この逆、つまり、反応管２内の
圧力を増加させるとともに、クリーニングガス分圧を低
下させても良い。これらの場合も、同様の効果を得るこ
とができる。

【００４９】(1-4)反応管２内の圧力を一定に保持する
場合のガス供給制御方法 反応管２内の圧力を一定に保持する場合には、上記に
基づき、図１１に示すように、クリーニング時間の経過
と共に、クリーニングガスの流量を増加させる。このと
きクリーニングガスの分圧を変化させる必要はない。こ
のようにすることにより、最大クリーニング速度を低下
させることなく、そのクリーニング速度が最大となる位
置だけを、反応管２内のクリーニングガスの流れ方向上
流側から下流側に向かって移動させることができ、オー
バーエッチングで反応管２にダメージを与えることな
く、反応管２内の壁面堆積膜１１を全面クリーニングで
きる。

【００５０】なお、図１１では、クリーニングガス流量
を直線的に変化させたが、これに限られず、特に図示し
ないが、クリーニングガスの流量をステップ状・曲線状
に増加させても良い。またここでは、クリーニングガス
流量を増加させたが、逆に減少させても良い。

【００５１】これらの場合も、同様の効果を得る。

【００５２】なお、以上のクリーニング手順におけるガ
ス供給制御方法では、主としてガス流れ方向におけるク
リーニング速度を均一化することに主眼をおいて説明し
たが、これに限られない。すなわち、反応管２内に局所
的に不均一に壁面堆積膜１１が存在している場合等にお
いては、図７を用いて説明したようなクリーニング反応
速度分布に基づき、壁面堆積膜１１が厚く付着している
部分のクリーニング速度が大きくなるようにクリーニン
グガスを供給してやればよい。すなわち例えば、上流側
に厚く付着している場合には、上記の方法でクリーニ
ングガス流量を一定に保持して反応管２内を比較的高圧
にするか、上記の方法で反応管２内圧力を一定に保持
してクリーニングガス流量を比較的小さくすればよい。
これにより、局所的に不均一に壁面堆積膜１１が存在し
ている場合であっても、壁面堆積膜１１の厚さに応じた
クリーニングを行えるので、オーバーエッチングを行う
ことなく、低ダメージで反応管２内壁を全面クリーニン
グすることができる。

【００５３】また次に、上記(1-3)(1-4)のようにクリー
ニングガス流量・反応管２内圧力によって供給制御を行
う方法のほか、クリーニングガスの導入位置を変化させ
ることによってクリーニング速度分布を変化させる方法
もある。この方法を図１２を用いて説明する。 (1-5)クリーニングガスの導入位置を変化させる場合の
ガス供給制御方法 この方法においては、図１２に示すように、例えばゲー
トバルブ１０ｂ側に、反応管２の横方向（図示左右方
向）に移動可能なクリーニングガス供給管１２と、反応
管２外部に設けられガス供給管１２を任意の速度で移動
させる供給管移動装置１３とを用いる。すなわちまず、
ガス供給管１２の先端を反応管２のゲートバルブ１０ｂ
側端部近傍に位置決めしてクリーニングガスの導入を開
始し、排気口５ａから排気する。これにより、ガスが反
応管２内を黒矢印のように流れ、反応管２の壁面の壁面
堆積膜１１をガス熱反応エッチングによってクリーニン
グする。その後、クリーニングガスを供給しつつ、供給
管移動装置１３で、ゲートバルブ１０ｂ側からゲートバ
ルブ１０ａ側に向かって反応管２を移動させる。このよ
うにして、クリーニングガスの供給位置をクリーニング
ガスの流れ方向上流側から下流側に向かって等速度で移
動させ、反応管２の壁面堆積膜１１を順次クリーニング
していく。これにより、オーバーエッチングで反応管２
にダメージを与えることなく、反応管２の壁面堆積膜１
１を全面的にクリーニングすることができる。

【００５４】なお、上記図１２では、ゲートバルブ１０
ｂ側にクリーニングガス供給管１２及び供給管移動装置
１３を配置し、クリーニングガス供給管１２を図中左か
ら右へと移動させるとともにクリーニングガスを図中左
から右へと流したが、これに限られず、逆に、ゲートバ
ルブ１０ａ側にクリーニングガス供給管１２及び供給管
移動装置１３を配置し、クリーニングガス供給管１２を
図中右から左へと移動させるとともにクリーニングガス
を図中右から左へと流してもよい。この場合も、同様の
効果を得ることができる。

【００５５】また、上記は、主としてガス流れ方向にお
けるクリーニング速度を均一化することに主眼をおいて
説明したが、これに限られない。すなわち、反応管２内
に局所的に不均一に壁面堆積膜１１が存在している場合
等においては、壁面堆積膜１１が厚く付着している部分
のクリーニング速度が大きくなるようにクリーニングガ
スを導入してやればよい。すなわち例えば、上流側に厚
く付着している場合には、ガス供給管１２を供給管移動
装置１３で移動させるときに、上流側のその付着部分で
しばらくの時間停止させたり、あるいは移動速度を他の
部分よりも遅くすればよい。このようにして、局所的に
不均一に壁面堆積膜１１が存在している場合であって
も、壁面堆積膜１１の厚さに応じたクリーニングを行え
るので、オーバーエッチングを行うことなく、低ダメー
ジで反応管２内壁を全面クリーニングすることができ
る。

【００５６】さらに、上記図１２による供給管移動装置
１３によってガス供給管１２による供給位置を移動させ
る構成は、上記したようなクリーニング処理手順に限ら
れず、成膜処理手順においても適用できる。この場合す
なわち、成膜ガスを供給しつつ、供給管移動装置１３
で、例えばゲートバルブ１０ｂ側からゲートバルブ１０
ａ側に向かって反応管２を移動させ、成膜ガスの導入位
置をガス流れ方向上流側から下流側に向かって等速度で
移動させ、ウエハ３上に順次成膜していく。これによ
り、ウエハ３への成膜量を成膜ガスの流れ方向に均一に
することができる効果がある。

【００５７】本発明の第２の実施例を図１３〜図１９に
より説明する。本実施例は、一度に、数十から百数十枚
のウエハに成膜を行うバッチ式の縦型減圧気相成長装置
で行われる成膜・クリーニング手順における、ガス供給
制御方法の実施例である。本実施例によるガス供給制御
方法が適用されるバッチ式縦型減圧気相成長装置の概略
構造を表す鉛直断面図を図１３に示す。図１３におい
て、減圧気相成長装置２００は、内筒５１を含む反応管
５０と、反応管５０内を所定の温度に加熱するためのヒ
ータ５２と、複数枚のウエハ５４を積載するボート５５
と、反応管５０を密閉するためのハッチ５６と、ガス供
給管５７及びガス排気管５８等により構成されている。

【００５８】（Ｉ）成膜処理 次に、このような減圧気相成長装置２００において行わ
れる成膜処理手順について説明する。まず、ハッチ５６
を開放した状態で、ウエハ５４を積載したボート５５
を、反応管５０内に移送し、ハッチ５６を閉じる。次
に、ヒータ５２により反応管５０内を所望の温度に加熱
した後、ガス供給管５８から成膜ガスを反応管５０内に
導入しガス排気管５８から排気する。これにより、成膜
ガスが、図中矢印で示すように反応管５０内を流れ、ウ
エハ５４の表面にエピタキシャル成長（広い意味で成膜
に含まれるので、以下「成膜」「膜」というときはこの
エピタキシャル成長も含む）を行う。上記の成膜処理が
終了したら、ハッチ５６を開放し、ウエハ５４を積載し
たボート５５を反応管５０から取り出す。

【００５９】以上のような成膜手順においても、第１の
実施例と同様、ガス流れ方向（内筒５１内の下方から上
方に向かって）に成膜厚さの分布が生じる。すなわち例
えば、成膜ガスの流量を一定に保持した条件で、反応管
２内の圧力を比較的高圧にすると反応管２内の平均流速
が比較的小さくなって下流側（図中上端近傍）のウエハ
５４の成膜速度が比較的遅くなり、逆に反応管２内の圧
力が比較的低くなって平均流速が比較的大きくなると下
流側（図中下端近傍）のウエハ５４の成膜速度が速くな
る。そしてこれにより各々のウエハ５４への成膜量が不
均一になる。これに対して、第１の実施例での考察〜
が本実施例でも適用できることから、これら〜に
基づき、成膜手順における同様のガス供給制御方法が行
われる。本実施例の要部の１つである、これらのガス供
給制御方法を以下に説明する。 (2-1)成膜ガス流量を一定に保持する場合のガス制御方
法 反応管５０に流す成膜ガス流量を一定に保持する場合に
は、第１の実施例で説明した及びに基づき、図１４
に示すように、成膜時間の経過と共に、反応管５０内の
圧力を減少させながら、成膜ガス分圧を増加させる。こ
のようにすることにより、最大成膜速度を低下させるこ
となく、その成膜速度が最大となる位置だけを、上流側
（図１３中下端近傍）のウエハ５４から下流側（図１３
中上端近傍）のウエハ５４に向かって移動させることが
できる。したがって、各ウエハ５４への成膜量を均一に
することができる。なお、図１４では、反応管５０内の
圧力と成膜ガス分圧とを直線的に変化させたが、これに
限られず、図１５に示すようにこれらをステップ状に変
化させても良いし、また特に図示しないが、曲線状に変
化させても良い。また、ここでは、反応管５０内の圧力
を減少させるとともに、成膜ガス分圧を増加させたが、
この逆、つまり、反応管５０内の圧力を増加させるとと
もに、成膜ガス分圧を低下させても良い。これらの場合
も、同様の効果を得ることができる。

【００６０】(2-2)反応管５０内の圧力を一定に保持す
る場合のガス供給制御方法 反応管５０内の圧力を一定に保持する場合には、第１の
実施例で説明したに基づき、図１６に示すように、成
膜時間の経過と共に、成膜ガスの流量を増加させる。こ
のとき成膜ガスの分圧を変化させる必要はない。このよ
うにすることにより、最大成膜速度を低下させることな
く、その成膜速度が最大となる位置だけを、上流側（図
１３中下端近傍）のウエハ５４から下流側（図１３中上
端近傍）に向かって移動させることができ、各ウエハ５
４への成膜量を均一にすることができる。なお、図１６
では、成膜ガス流量を直線的に変化させたが、これに限
られず、特に図示しないが、成膜ガス流量をステップ状
・曲線状に増加させても良い。またここでは、成膜ガス
流量を増加させたが、逆に減少させても良い。これらの
場合も、同様の効果を得る。

【００６１】（II）クリーニング処理 以上説明したようなウエハ５４への成膜処理を繰り返す
と、第１の実施例のＣＶＤ装置１００と同様、反応管５
０内壁面にウエハ５４の表面に成膜された膜と同種の膜
が堆積し壁面堆積塵埃を生成するので、適宜、壁面堆積
塵埃のクリーニングが行われる。減圧気相成長装置２０
０において行われるこのクリーニング手順について再び
図１３を参照し説明する。図１３において、まず、ハッ
チ５６を開放して、ウエハ５４を取り除いたボート５５
を反応管５０内に移送し、ハッチ５６を閉じる。その
後、ヒータ５２で反応管５０内を所望の温度に加熱した
後、ガス供給管５８からクリーニングガスを反応管５０
内に導入しガス排気管５８から排気する。これにより、
クリーニングガスが、図中矢印で示すように反応管５０
内を流れ、これによって反応管５０の壁面堆積塵埃をガ
ス熱反応エッチングによってクリーニングする。

【００６２】以上のようなクリーニング手順において
も、第１の実施例と同様、クリーニング速度ガス流れ方
向に分布を持つ。すなわち例えば、クリーニングガスの
流量を一定に保持した条件で、反応管５０内の圧力を比
較的高圧にすると反応管５０内の平均流速が比較的小さ
くなって下流側の成膜速度が比較的遅くなり、逆に反応
管５０内の圧力が比較的低くなって平均流速が比較的大
きくなると下流側の成膜速度が速くなる。そしてこれに
より反応管５０内のクリーニング速度及びクリーニング
量が不均一になる。これに対して、第１の実施例での考
察〜が本実施例でも適用できることから、これら
〜に基づき、クリーニング手順における同様のガス供
給制御方法が行われる。本実施例の要部の１つである、
このガス供給制御方法を以下に説明する。 (2-3)クリーニングガス流量を一定に保持する場合のガ
ス供給制御方法 反応管５０に流すクリーニングガス流量を一定に保持す
る場合には、第１の実施例で説明したに基づき、図１
７に示すように、クリーニング時間の経過と共に、反応
管５０内の圧力を減少させながら、クリーニングガス分
圧を増加させる。このようにすることにより、最大クリ
ーニング速度を低下させることなく、そのクリーニング
速度が最大となる位置だけを、反応管５０のクリーニン
グガスの流れ方向上流側から下流側に向かって移動させ
ることができる。したがって、オーバーエッチングで反
応管５０・内筒５１・ボート５５等にダメージを与える
ことなく、反応管５０内の壁面堆積塵埃を全面的にクリ
ーニングすることができる。なお、図１７では、反応管
５０内の圧力とクリーニングガス分圧とを直線的に変化
させたが、これに限られず、図１８に示すようにこれら
をステップ状に変化させても良いし、また特に図示しな
いが、曲線状に変化させても良い。また、ここでは、反
応管５０内の圧力を減少させるとともに、クリーニング
ガス分圧を増加させたが、この逆、つまり、反応管５０
内の圧力を増加させるとともに、クリーニングガス分圧
を低下させても良い。

【００６３】これらの場合も、同様の効果を得ることが
できる。

【００６４】(2-4)反応管５０内の圧力を一定に保持す
る場合のガス供給制御方法 反応管５０内の圧力を一定に保持する場合には、第１の
実施例で説明したに基づき、図１９に示すように、ク
リーニング時間の経過と共に、クリーニングガスの流量
を増加させる。このときクリーニングガスの分圧を変化
させる必要はない。このようにすることにより、最大ク
リーニング速度を低下させることなく、そのクリーニン
グ速度が最大となる位置だけを、反応管５０内のクリー
ニングガスの流れ方向上流側から下流側に向かって移動
させることができ、オーバーエッチングで反応管５０・
内筒５１・ボート５５等にダメージを与えることく、反
応管５０内の壁面堆積塵埃を全面クリーニングすること
ができる。

【００６５】なお、図１９では、クリーニングガス流量
を直線的に変化させたが、これに限られず、特に図示し
ないが、クリーニングガスの流量をステップ状・曲線状
に増加させても良い。またここでは、クリーニングガス
流量を増加させたが、逆に減少させても良い。

【００６６】これらの場合も、同様の効果を得る。

【００６７】なお、以上のクリーニング手順におけるガ
ス供給制御方法では、主としてガス流れ方向におけるク
リーニング速度を均一化することに主眼をおいて説明し
たが、これに限られない。すなわち、反応管５０内に局
所的に不均一に壁面堆積塵埃が存在している場合等にお
いては、第１の実施例と同様、壁面堆積塵埃が厚く付着
している部分のクリーニング速度が大きくなるようにク
リーニングガスを供給してやればよい。これにより、局
所的に不均一に壁面堆積塵埃が存在している場合であっ
ても、壁面堆積塵埃の厚さに応じたクリーニングを行え
るので、オーバーエッチングを行うことなく、低ダメー
ジで反応管５０内を全面クリーニングすることができ
る。

【００６８】また、第１の実施例で図１２を用いて説明
した、クリーニングガスの導入位置を変化させることに
よってクリーニング速度分布を変化させる方法を、本実
施例に適用できる。そして、反応管５０内に局所的に不
均一に壁面堆積膜塵埃が存在している場合等において
は、壁面堆積塵埃が厚く付着している部分のクリーニン
グ速度が大きくなるように供給管移動装置１３を移動さ
せれば、壁面堆積膜１１の厚さに応じたクリーニングを
行え、オーバーエッチングを行うことなく、低ダメージ
で反応管５０内を全面クリーニングすることができる。
そしてこの方法はクリーニング手順に限られず、成膜手
順においても適用できることは言うまでもなく、このと
きにはウエハ５４への成膜量を成膜ガスの流れ方向に均
一にすることができる効果がある。

【００６９】以上、第１及び第２の実施例においては、
半導体製造装置として、特に、成膜ガス・クリーニング
ガスがウエハに対して水平方向に流れる枚葉熱ＣＶＤ装
置、及びバッチ式の縦型減圧気相成長装置を例にとって
説明したが、これに限られず、本発明は、他の構造のＣ
ＶＤ装置等の半導体製造装置への適用も可能である。そ
して、これらの場合も同様の効果を得る。そして、この
ときの具体的な成膜対象としては、ゲート電極配線のポ
リシリコン膜、リンドープポリシリコン膜、層間絶縁の
ための酸化膜・リンガラス膜、及びキャパシタ絶縁のた
めのＳｉ₃Ｎ₄膜のうち少なくとも１つの膜を備えた半導
体素子が考えられる。このようにして成膜した半導体素
子は、品質に優れたものを提供することができることは
言うまでもない。

【００７０】

【発明の効果】本発明によれば、クリーニング時間・成
膜時間の経過に従ってクリーニングガス・成膜ガスの平
均流速を変化させることで反応容器内ガス流れ方向にお
ける反応速度分布を変化させ、また、クリーニング時間
・成膜時間の経過に従ってクリーニングガス・成膜ガス
を反応容器内に導入する位置を移動させるので、クリー
ニング速度・成膜速度が最大となる位置を、流れ方向上
流側から下流側へ向かって移動させることができるの
で、全域にわたってまんべんなく成膜・クリーニングを
行うことができる。なお、さらにクリーニングに関し、
局所的に不均一に反応生成物が堆積している反応容器内
壁をクリーニングする場合等においても、反応生成物が
厚く付着している部分のクリーニング速度が大きくなる
ようにクリーニングガスを供給するので、堆積膜の厚さ
に応じたクリーニングを行い、オーバーエッチングを行
うことなく、低ダメージで反応容器内壁を全面クリーニ
ングすることができる。よって、半導体製造装置を長期
にわたって安定的に稼働させることができ、装置稼働率
及び歩留まりの向上を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるガス供給制御方法
が適用されるＣＶＤ装置の、要部である加熱炉の水平断
面図である。

【図２】図１に示された加熱炉の側断面図である。

【図３】成膜手順におけるガス供給制御方法の一例を示
す図である。

【図４】成膜手順におけるガス供給制御方法の一例を示
す図である。

【図５】成膜手順におけるガス供給制御方法の一例を示
す図である。

【図６】反応管内に壁面堆積膜が生成した状態を示した
図である。

【図７】クリーニングガス流量一定で反応管内圧力を変
化させた場合のクリーニング速度の流れ方向分布を示す
図である。

【図８】反応管内圧力一定でクリーニングガス分圧を変
化させた場合のクリーニング速度の流れ方向分布を示す
図である。

【図９】クリーニング手順におけるガス供給制御方法の
一例を示す図である。

【図１０】クリーニング手順におけるガス供給制御方法
の一例を示す図である。

【図１１】クリーニング手順におけるガス供給制御方法
の一例を示す図である。

【図１２】クリーニング手順におけるガス供給制御方法
の一例を示す図である。

【図１３】本発明の第２の実施例によるガス供給制御方
法が適用されるバッチ式縦型減圧気相成長装置の概略構
造を表す鉛直断面図である。

【図１４】成膜手順におけるガス供給制御方法の一例を
示す図である。

【図１５】成膜手順におけるガス供給制御方法の一例を
示す図である。

【図１６】成膜手順におけるガス供給制御方法の一例を
示す図である。

【図１７】クリーニング手順におけるガス供給制御方法
の一例を示す図である。

【図１８】クリーニング手順におけるガス供給制御方法
の一例を示す図である。

【図１９】クリーニング手順におけるガス供給制御方法
の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ ヒータ ２ 反応管 ３ ウエハ ４ａ，４ｂ ガス供給口 ５ａ，５ｂ 排気口 ６ ＳｉＣ板 ７ 断熱材 ８ 支持板 ９ａ，９ｂ フランジ １０ａ，１０ｂ ゲートバルブ １１ 壁面堆積膜 １２ 供給管 １３ 供給管移動装置 ５０ 反応管 ５１ 内筒 ５２ ヒータ ５４ ウエハ ５５ ボート ５６ ハッチ ５７ ガス供給管 ５８ ガス排気管 １００ ＣＶＤ装置 ２００ 減圧気相成長装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤沢 厚 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応容器の内部に収納した半導体ウエハ
   を加熱し、前記反応容器内にガスを供給しながら排気す
   ることにより、前記半導体ウエハ表面への成膜処理、及
   び前記反応容器内壁に付着堆積した反応生成物のクリー
   ニング処理のうちいずれか一方の処理を行う半導体処理
   装置のガス供給制御方法において、 処理時間の経過に従って前記反応容器内ガス流れ方向に
   おける反応速度の分布が変化するように、前記ガスを前
   記反応容器内に供給することを特徴とする半導体処理装
   置のガス供給制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体処理装置のガス供
   給制御方法において、前記反応容器内で行われる処理は
   クリーニング処理であり、クリーニング時間の経過に従
   って前記反応容器内ガス流れ方向におけるクリーニング
   速度の分布が変化するように、クリーニングガスを前記
   反応容器内に供給することを特徴とする半導体処理装置
   のガス供給制御方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体処理装置のガス供
   給制御方法において、クリーニング時間の経過に従って
   前記反応容器内における前記クリーニングガスの平均流
   速を変化させることを特徴とする半導体処理装置のガス
   供給制御方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の半導体処理装置のガス供
   給制御方法において、前記クリーニングガスの流量を一
   定に保持しつつ、クリーニング時間の経過に従って前記
   反応容器内の圧力を変化させることにより、前記クリー
   ニングガスの平均流速を変化させることを特徴とする半
   導体処理装置のガス供給制御方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の半導体処理装置のガス供
   給制御方法において、クリーニング時間の経過に従っ
   て、前記反応容器内の圧力を低下させるとともに前記ク
   リーニングガスの分圧を増加させることを特徴とする半
   導体処理装置のガス供給制御方法。
6. 【請求項６】 請求項３記載の半導体処理装置のガス供
   給制御方法において、前記反応容器内の圧力を一定に保
   持しつつ、クリーニング時間の経過に従って前記クリー
   ニングガスの流量を変化させることにより、前記クリー
   ニングガスの平均流速を変化させることを特徴とする半
   導体処理装置のガス供給制御方法。
7. 【請求項７】 請求項６記載の半導体処理装置のガス供
   給制御方法において、クリーニング時間の経過に従って
   前記クリーニングガスの流量を増加させることを特徴と
   する半導体処理装置のガス供給制御方法。
8. 【請求項８】 請求項２記載の半導体処理装置のガス供
   給制御方法において、クリーニング時間の経過に従っ
   て、前記クリーニングガスを前記反応容器内に導入する
   導入位置を移動させることを特徴とする半導体処理装置
   のガス供給制御方法。
9. 【請求項９】 請求項８記載の半導体処理装置のガス供
   給制御方法において、クリーニング時間の経過に従っ
   て、前記導入位置を、ガス流れ方向上流側から下流側に
   向かって移動させることを特徴とする半導体処理装置の
   ガス供給制御方法。
10. 【請求項１０】 請求項１記載の半導体処理装置のガス
    供給制御方法において、前記反応容器内で行われる処理
    は成膜処理であり、成膜時間の経過に従って前記反応容
    器内ガス流れ方向における成膜速度の分布が変化するよ
    うに、成膜ガスを前記反応容器内に供給することを特徴
    とする半導体処理装置のガス供給制御方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の半導体処理装置のガ
    ス供給制御方法において、成膜時間の経過に従って前記
    反応容器内における前記成膜ガスの平均流速を変化させ
    ることを特徴とする半導体処理装置のガス供給制御方
    法。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の半導体処理装置のガ
    ス供給制御方法において、前記成膜ガスの流量を一定に
    保持しつつ、成膜時間の経過に従って前記反応容器内の
    圧力を変化させることにより、前記成膜ガスの平均流速
    を変化させることを特徴とする半導体処理装置のガス供
    給制御方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の半導体処理装置のガ
    ス供給制御方法において、成膜時間の経過に従って、前
    記反応容器内の圧力を低下させるとともに前記成膜ガス
    の分圧を増加させることを特徴とする半導体処理装置の
    ガス供給制御方法。
14. 【請求項１４】 請求項１１記載の半導体処理装置のガ
    ス供給制御方法において、前記反応容器内の圧力を一定
    に保持しつつ、成膜時間の経過に従って前記成膜ガスの
    流量を変化させることにより、前記成膜ガスの平均流速
    を変化させることを特徴とする半導体処理装置のガス供
    給制御方法。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の半導体処理装置のガ
    ス供給制御方法において、成膜時間の経過に従って前記
    成膜ガスの流量を増加させることを特徴とする半導体処
    理装置のガス供給制御方法。
16. 【請求項１６】 請求項１０記載の半導体処理装置のガ
    ス供給制御方法において、成膜時間の経過に従って、前
    記成膜ガスを前記反応容器内に導入する導入位置を移動
    させることを特徴とする半導体処理装置のガス供給制御
    方法。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載の半導体処理装置のガ
    ス供給制御方法において、成膜時間の経過に従って、前
    記導入位置を、ガス流れ方向上流側から下流側に向かっ
    て移動させることを特徴とする半導体処理装置のガス供
    給制御方法。
18. 【請求項１８】 反応容器の内部に収納した半導体ウエ
    ハを加熱し、前記反応容器内にガスを供給しながら排気
    することにより、前記半導体ウエハ表面への成膜処理、
    及び前記反応容器内壁に付着堆積した反応生成物のクリ
    ーニング処理のうちいずれか一方の処理を行う半導体処
    理装置のガス供給制御方法において、 処理時間の経過に従って前記反応容器内の反応速度が最
    大となる位置が移動するように、前記ガスを前記反応容
    器内に供給することを特徴とする半導体処理装置のガス
    供給制御方法。
19. 【請求項１９】 ゲート電極配線のポリシリコン膜、リ
    ンドープポリシリコン膜、層間絶縁のための酸化膜・リ
    ンガラス膜、及びキャパシタ絶縁のためのＳｉ３Ｎ₄膜
    のうち少なくとも１つの膜を備えた半導体素子におい
    て、 前記少なくとも１つの膜を、請求項１０又は１１記載の
    半導体処理装置のガス供給制御方法によって成膜したこ
    とを特徴とする半導体素子。